Superflüssiges Helium

© Wikimedia, gemeinfrei

Forschung
10/10/2014

Erste Reaktion von negativ geladenem Helium nachgewiesen

Diese Beobachtung von Physikern in Innsbruck könnte ein neues Feld in der Tieftemperaturphysik und -chemie eröffnene.

Innsbrucker Forschern ist es erstmals gelungen, eine Reaktion von negativ geladenem Helium zu zeigen. Ionenphysiker konnten das Helium nahe am absoluten Nullpunkt so abbremsen, dass es mit kugelförmigen Kohlenstoff-Molekülen (Fullerenen) im Inneren von superflüssigen Heliumtröpfchen reagiert, teilte die Universität Innsbruck am Freitag in einer Aussendung mit.

Die Wissenschafter berichten über ihre Entdeckung auch in einem "Enhanced Paper" in der Fachzeitschrift "Angewandte Chemie International Edition". Helium minus wurde bereits 1939 massenspektrometrisch entdeckt. Diese negativ geladenen Atome leben nur wenige Mikrosekunden. 75 Jahre lang sei die Wissenschaft daher davon ausgegangen, dass die Anionen dieses Edelgases ein schneller, exotischer Ladungsträger sind und für chemische Prozesse nicht zur Verfügung stehen. Dass das Helium-Anion bei bestimmten Temperatur- und Druckverhältnissen "sehr wohl Chemie macht", habe das Forschungsteam um Paul Scheier vom Institut für Ionenphysik und Angewandte Physik nun erstmals bewiesen, hieß es.

Extrakalt

Im jüngsten Experiment erzeugten die Innsbrucker Forscher im Teamwork mit einem Kollegen vom Department of Chemistry der University of Leicester in Großbritannien in einer eigens entwickelten Apparatur negativ geladenes Helium bei minus 272,78 Grad Celsius in Form nanometergroßer, superflüssiger Tröpfchen und ließen es mit Fullerenen - das sind Moleküle aus 60 oder 70 Kohlenstoffatomen (C60, C70) - reagieren. Bei dieser Reaktion, nur 0,37 Grad über dem absoluten Nullpunkt von 273,15 Grad Celsius, wurden die Moleküle in den Helium-Nanotröpfchen eingeschlossen. Durch den Transfer beider Helium-Elektronen zu den Fullerenen entstanden Dianionen, also zweifach negativ geladenes C60 beziehungsweise C70.

Dem Helium Anion gehe in der Physik bisher ein exotischer Ruf voraus, erklärten die Wissenschafter. Der Grund dafür sei, dass dieses Atom zwei schwach gebundene Elektronen, aber eine innere Energie von über 19 Elektronenvolt habe. Es verfüge daher über mehr Energie als jedes Radikal und könne damit außer Neon alle Elemente des Periodensystems ionisieren. Die Bedingungen dafür, dass es neuartige Reaktionen treiben und diese neue Vielfalt an Reaktionen auch untersucht werden kann, hätten die Forscher des Innsbrucker Instituts für Ionenphysik und Angewandte Physik nun geschaffen. Übergeordnet würde man damit ein neues Feld in der Tieftemperaturphysik und -chemie eröffnen.